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兴邺零碳社区模式下  双轴跟踪光伏产能

发表时间:2021-12-29 17:23

       随着人们的生活水平不断提高,对能源带来的各种影响也有了更多要求。一方面是需求的增长,另一方面是对环境的更高要求,所以现在都在提倡低碳,很多国家都在大力发展新能源行业。因我国的经济水平得到提升,在发展建设新能源产业方面已经到了紧要关头,我国也在双碳目标下,大力发展风电、水电。太阳能光伏发电作为强有力的清洁能源拥有众多优势,可以使传统火电短缺的情况得到缓解,提高人们的生活质量,优化环境。因而,近些年,光伏发电是新能源发展的核心项目。


       经过多年发展,太阳能光伏发电在我国的应用范围逐渐扩大,从家庭用户太阳能电源到通讯以及石油、海洋、气象等众多领域都可以见到太阳能光伏发电的应用,如今,光伏发电的技术已经非常成熟。兴邺围绕建筑低碳用能打造的零碳社区储能站,其关键核心收能系统为带双轴跟踪的光伏设备,在能量来源上即采用清洁的太阳能。


      双轴跟踪,发电效率大幅提升


       光伏发电是利用半导体界面的光伏效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电系统主要分为两类,一种是集中式,如大型西北地面光伏发电系统;一种是分布式(以>6MW为分界),如工商企业厂房屋顶光伏发电系统,居民屋顶光伏发电系统。而兴邺零碳社区储能站下的光伏设备是介于这两者之间,它既分布在用户侧,可就近产能,就近用能,又是以社区为单位,进行产能、储能及用能的,方便按照社区居民不同的能源需求,进行产能及用能分配。


       我们知道,光伏发电与太阳入射角有很大关系,传统的固定式安装太阳能电池板,即电池板固定在某个角度,不随太阳的位置变化而变化。严重影响光电转化效率,据推算: 如果光伏系统与太阳光线角度存在 25°偏差,就会因垂直入射的辐射能减少而使光伏阵列输出功率下降 10% 左右,当光伏电池板工作在入射角为 0°时的发电量为佳,根据双轴跟踪研究文献计算数据所得:通常情况下双轴跟踪光伏较固定式光伏发电量 增加 35% ~ 45%,甚至可 达 到 55%【数据来源见参考文献】。


       兴邺的这种光伏设备光伏板可以根据经纬度,追踪光照来调整角度,从而保证了每块光伏板全天中任一时段都能获取充足的光照,显著提升光伏效率,根据以上数据及相关实验数据显示,兴邺这种带双轴跟踪的光伏效率可提升36%,也就是在同等面积的光伏板下,能得到的电量更多,提升效率的同时,也可以节约光伏板占用的空间,节省成本。

       光伏板角度可调,与道路植物共存


       兴邺的这种光伏支架各个立柱的下端固定埋设于土地中,形成支承基体,再于该支承基体上设置支架,并以支架为载体设置能够转动的多个光伏板。整体支架呈现网状桁架结构,并在靠近外环的环形基础环上均匀设置驱动装置,可以使光伏板缓慢地水平转动。在应用时,动力设备既可以驱动各个光伏板转动至迎光角度,以实现高功率发电,又可以驱动各个光伏板转动至与阳光照射方向平行的让光角度,实现方位角和高度角的匀速跟踪,从而使阳光尽可能多的穿过相邻光伏板之间的间隙,以照向下方的植物,为植物提供生长所需的光照,或给光伏板下面的路面或其他场景留足光照,这种双轴跟踪的方式可以适合路面上端、农作物上、湖面等上方,可以利用有限的土地资源。



       兴邺这种双轴跟踪系统,光伏板可双轴跟踪光照调节角度,可放平可立,如光伏板与光照平行,不影响下面路面及植物的光照,可以实现光伏板与道路、植物的共存,解决了光伏设备安装布置的场地问题。

       光伏支架更牢固,稳定性进一步提升


       对于光伏支架来说,稳定性也是一大考量标准,带跟踪的光伏支架的南北跨距较大,并需要进行转动,也正是这些结构特点使得光伏跟踪支架的主轴容易产生“竖弯”和“扭转”的变形。当光伏板的尺寸尤其是其长度尺寸增大到特定值后,通常会与连接光伏支架和光伏板的转动连接结构产生干涉,导致光伏板无法转动至竖直状态或背光状态,较大地限缩了光伏板的转动角度。为满足大尺寸组件趋势应用的支架设计,保障跟踪支架稳定运行,兴邺的这种光伏支架与光伏板在技术上作了以下改建,可以有利于提升稳定性。



       首先光伏板的背框设置了在光伏板长度方向上间隔排列、并且处于非端部位置的两个短框臂,这两个短框臂通过连接组件连接到另一支架,且光伏板的全部重量都通过该连接组件传递到另一支架,连接组件对光伏板的着力点主要或全部集中在两个短框臂位置,受力较均匀,减小了光伏板弯曲变形的程度或可能,这不仅有利于光伏设备尤其是连接组件的结构紧凑度的提升,还有利于光伏板尺寸尤其是长度尺寸的增大设计。


       其次,这种光伏设备中连接组件包括转轴和两个连接板。转轴沿光伏板方向延伸设置,且转轴的两端分别可转动地连接到两个支撑梁,转轴的承受的力矩较小,不易弯曲变形。承托各个光伏板重量的各个转轴均垂直连接在两个平行的支撑梁之间,结构紧凑工整,且便于安装,整体支架具有更高的稳定性。

      带栈道的桁架结构,防风抗雪防冻


       抗风能力、抗雪、防结冰等都是光伏设备需要考虑的因素。在暴雪或暴雨等天气下,无法转至竖直状态的光伏板会承受较大的负载而易于损坏。另外,光伏跟踪支架大多安装于阳光充沛的野外空旷地带,自然环境条件多变,运行工况非常复杂,经常遭受强风等外在影响,进而导致结构失稳等一系列问题。为此,需要准确地获得支架系统的空气动力学信息,从而保证支架系统的可靠稳定。



       一方面,兴邺这种光伏板可以竖起来,下雪时95%的雪会直落到地面,不会让光伏板正面积雪,从而不会因光伏板积雪影响发电效率,仅会在立起的光伏边框上留存少量积雪;另一方面,这种光伏支架采用网状排布的桁架结构,并且在网状桁架的中间设置轨道可便于农业机械化作业,也便于人工对桁架上的积雪冰块进行清扫,排除可能有的隐患的因素,保证稳定性。

在产能方便,兴邺零碳社区储能站下光伏发的电一方面可自给自足满足居民的用电需求,另一方面还可以供给给周边商业用电,余电还可并网售电。自发电还可以带动热泵进行烧热水,并通过保温管道输送到居民家中,给居民提供热水,还可通过地暖系统,低碳解决冬天采暖问题。

参考文献:

[1]张兴,贺广零,王启志,胡畅,杜波. 新型双轴跟踪光伏发电技术,南方能源建设2019 Vol.6 No. 2


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